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引力坍缩

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引力坍缩

中文名称 ：引力坍缩 文学家 ：gravitational collapse 相关学科 ：物理，天文 星 系 ：恒星

引力坍缩(英文:Gravitational collapse)是天体物理学上恒星或星际物质在自身物质的引力作用下向内塌陷的过程，产生这种情况的原因是恒星本身不能提供足够的压力以平衡自身的引力，从而无法继续维持原有的流体静力学平衡，引力使恒星物质彼此拉近而产生坍缩。在天文学中，恒星形成或衰亡的过程都会经历相应的引力坍缩。特别地，引力坍缩被认为是Ib和Ic型超新星以及II型超新星形成的机制，大质量恒星坍缩成黑洞时的引力坍缩也有可能是伽玛射线暴的形成机制之一。至今人们对引力坍缩在理论基础上还不十分了解，很多细节仍然没有得到理论上的完善阐释。由于在引力坍缩中很有可能伴随着引力波的释放，通过对引力坍缩进行计算机数值模拟以预测其释放的引力波波形是当前引力波天文学界研究的课题之一。

举例

比如，质量大于8~10太阳质量的大质量恒星演化到晚期时，其中心区域产能不足或能量被中微子大量带走，致使辐射压不足以抵御恒星自身引力的作用，从而发生引力坍缩。一般来说，恒星的引力坍缩的结果是形成一颗致密星，如白矮星、中子星、黑洞等。对于质量小于太阳质量1.3倍的星体，泡利不相容原理引起的电子简并压力将支撑其自身的重量，形成白矮星 。质量在太阳质量1.3-3.2倍之间的星体，中子简并压力将支撑其自身的重量，形成中子星。质量大于太阳质量3.2倍的星体，没有任何结构可以支撑其自身的重量，它们将坍缩为黑洞。 有些引力坍缩还伴有大量的能量释放和物质的抛射。例如，超新星爆发时，其中心部分会坍缩形成致密星，而外部则被抛射到空间，形成超新星遗迹，整个过程释放大量的能量。在引力坍缩过程中﹐恒星中心部分形成致密星﹐并可能伴有大量的能量释放和物质的抛射。

形成

恒星核心区经过氧燃烧的核反应阶段之后﹐如果质量大于钱德拉塞卡极限﹐并且由铁族核素构成时﹐它的等效多方指数γ接近临界值4/3(见恒星球的平衡及稳定)。这时恒星中心温度约为6×10K﹐它将发生引力坍缩过程。在这个阶段﹐恒星中心温度很高﹐各类中微子产生过程(例如光生中微子过程，电子对湮没中微子过程﹑中微子轫致辐射等)都会引起中微子将中心部分的能量迅速带走﹐使恒星核心区很快冷却﹐以致辐射压力不足以抵御自引力的作用﹐从而形成引力坍缩。

反应

当恒星中心密度足够大时﹐在引力坍缩中发生下列反应﹕e +(Z﹐A )→+(Z -1﹐A )。e 为电子。(Z﹐A )是质子数为Z ﹐核子数为A 的原子核﹔为电子中微子。这种过程引起物质的中子化。在一定条件下(例如γ÷4/3)﹐引力坍缩过程中将出现强的激波﹐它引起恒星外层物质的抛射。但在有些条件下(如γ>4/3)﹐坍缩过程并不一定伴有质量抛射。不同质量的恒星﹐在引力坍缩后有可能形成各种不同类型的致密星。

视频

引力塌缩的各个过程中，也可以产生出大量的能量